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使用单像素太赫兹传感器检测材料中的隐藏缺陷
发布时间:2023-12-11 21:55:00 阅读:358

来源:加州大学洛杉矶分校技术进步工程学院(UCLA Engineering Institute for Technology Advancement);电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王镜惠 编译

单像素衍射太赫兹传感器的插图,该传感器可以使用快照照明检测3D样品中的隐藏缺陷,沿着其3D打印原型的照片。图片来源:Ozcan Lab @ UCLA。

    在工程和材料科学领域,检测材料中的隐藏结构或缺陷至关重要。传统的太赫兹成像系统依赖于太赫兹波的独特性质来穿透可见的不透明材料,已经被开发用于揭示各种感兴趣材料的内部结构。

    这种能力在工业质量控制、安全筛查、生物医学和国防等众多应用中提供了前所未有的优势。然而,大多数现有的太赫兹成像系统具有有限的吞吐量和庞大的设置,并且它们需要光栅扫描来获取隐藏特征的图像。

    为了改变这种模式,加州大学洛杉矶分校塞缪尔利工程学院和加州纳米系统研究所的研究人员开发了一种独特的太赫兹传感器,可以使用单像素光谱太赫兹检测器快速检测目标样品体积内隐藏的缺陷或物体。

    与传统的逐点扫描和基于数字图像形成的方法不同,该传感器在单个快照中使用太赫兹辐射照射测试样品的体积,而无需形成或数字处理样品的图像。

    在电气与计算机工程教授Aydogan Ozcan博士和加州大学洛杉矶分校Northrop Grumman基金会主席Mona Jarrahi博士的领导下,该传感器作为一个全光处理器,擅长搜索和分类由隐藏缺陷衍射引起的意外波源。该论文发表在《自然通讯》杂志上。

    “这是我们如何看待和利用太赫兹成像和传感的转变,因为我们正在从传统方法转向更高效,人工智能驱动的全光学传感系统,”Ozcan博士说,他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的副主任。

    这种新型传感器由一系列衍射层组成,使用深度学习算法自动优化。一旦经过训练,这些层就会使用3D打印等附加制造方法转化为物理原型。这允许系统执行全光学处理,而无需繁琐的栅格扫描或数字图像捕获/处理

    “这就像传感器有自己的内置智能,”Ozcan博士说,并与他们之前的人工智能设计的光学神经网络进行了比较。“我们的设计包括几个衍射层,这些衍射层根据被测材料中是否存在隐藏结构或缺陷来修改输入太赫兹光谱。可以把它想象成让我们的传感器能够根据它以光速“看到”的东西“感知和响应”。

    为了展示他们的新概念,加州大学洛杉矶分校的团队使用3D打印制造了一个衍射太赫兹传感器,并成功地检测到硅样品中的隐藏缺陷。这些样品由堆叠的晶圆组成,其中一层包含缺陷,另一层隐藏缺陷。智能系统准确地揭示了各种形状和位置的未知隐藏缺陷的存在。

    该团队相信,他们的衍射式缺陷传感器框架也可以跨其他波长工作,如红外线和X射线。这种多功能性预示着大量的应用,从制造质量控制到安全检查,甚至是文化遗产保护。

    这种非成像方法的简单性、高吞吐量和成本效益为速度、效率和精度至关重要的应用带来革命性的进步。

 
 

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